监测心血管健康的智能服装
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  • 科技生活
  • 2020-10-18 13:51:41 2

心血管疾病已经成为威胁人类健康的头号杀手。面对这一挑战,人们逐渐从被动治疗转向主动预防,注重早期发现、早期预防和早期治疗。然而,传统的临床检测手段由于价格昂贵且设备笨重,不适合日常的预防监测。因此,可穿戴技术作为一种新兴的健康监测工具,能够实现对心血管相关生理参数的实时、连续监测。

2015年,中国科学院北京纳米能源与系统研究所的王中林院士和重庆大学杨进教授的研究团队,通过模仿耳膜结构结合摩擦纳米发电机的原理,成功研制出一种基于柔性薄膜基底的人体体表脉搏压力传感器。这种传感器能够有效监测心血管系统的健康状态。不过,现有的可穿戴柔性传感器在透气性和舒适性方面还有待改进,长时间佩戴可能会导致皮肤不适。因此,如何在保证传感器功能的同时提高舒适性成为了研究的重点。

2020年3月,研究团队报道了一种基于摩擦电纳米发电机的多功能压力全织物传感器。这种传感器不仅具备工业化批量生产的潜力,还具有耐机洗、可重复使用、高灵敏度和佩戴舒适的特点。研究人员使用导电纱线和尼龙纱线作为传感材料,采用畦编的方式制造全织物传感器。该传感器的压力灵敏度为7.84 mV/Pa,响应时间为20毫秒。它可以单独制成颈带、护腕、袜子和手套,用于测量颈部、手腕、脚踝和手指等部位的脉搏,也可与其他衣物结合,形成智能服装,用于监测呼吸和脉搏。这类重要的生理信号监测有助于实时、长期监测睡眠呼吸暂停综合症和心血管疾病,为个性化医疗和预防提供了广阔的前景。

智能服装是纺织服装、材料科学、传感技术、信息处理、通信技术和人工智能等多学科融合的有机整体。在军事领域,为了适应信息化、数字化战争模式,提升部队的整体战斗力,智能服装逐渐受到重视,成为增强单兵作战能力的重要装备。

目前,智能变色材料在军事伪装服的应用已经取得了一些进展。其中,聚乙炔、聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯及其衍生物制备的导电高分子(CPs)电致变色材料表现出了快速响应、丰富的色彩变化、极高的对比度、高循环利用率、良好的稳定性和易于加工设计等优点。

法国开发的“多光谱活性皮肤”变色仿生伪装材料,集成了电致发光、电致反射和电致辐射功能,使得目标能够像变色龙一样动态改变颜色,即使材料被子弹穿透也不会影响变色效果。这种材料广泛应用于服装或军事装备的伪装。

智能生命体征监测服在救护伤员和评估士兵战斗能力方面发挥着关键作用。这些服装将一种或多种生物医学传感器或物理传感器集成在一起,持续收集人体特定部位的温度、压力、流量、频率等物理参数,通过放大、滤波、算法处理等手段转换成可供参考的生命体征数据。数据可以通过有线或无线方式传输到后台进行进一步诊断和分析,并及时反馈给医护人员和穿戴者。

美国海军资助的Georgia Tech Wearable Motherboard(GTWM)项目开发了一款智能医疗衬衫,可以实时监测穿戴者的生命体征。英国的FIST计划、法国的未来战士项目和澳大利亚的Land125计划也都有涉及单兵生命体征监测系统的研发。

士兵受伤感染或训练时排出大量汗液后,容易滋生细菌等有害微生物,影响战斗力。斯旺西大学开发了一种智能绷带,将微型传感器嵌入医用绷带的敷料上,可以监测伤口感染和凝血情况,并将信息发送到手机,使患者和医生能够随时了解伤口愈合情况,及时调整治疗方案。

氧气浓度是影响慢性伤口治疗和愈合的重要因素。MOSTAFALU P设计了一种带有柔性传感器的智能绷带,可以实时监测氧气浓度,避免因氧气浓度过低而导致伤口缺氧,阻碍伤口愈合。

智能可穿戴外骨骼是一种结合人机交互的装备,能够提升穿戴者的机械力量、速度、负重能力和耐力。其主要作用有两个方面:一是提供保护和支持,如辅助伤病人员康复训练;二是协助完成任务。加利福尼亚大学伯克利分校研制了以液压驱动装置提供动力的可穿戴末端外骨骼BLEEX,以及在此基础上改进的接近实战应用的HULC外骨骼。这些外骨骼绑在士兵腿部,可以模拟人体下肢运动,增强士兵的负重能力(最大负重100公斤),目前已有少量装备于美军作战中。

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